引水渠道勘察常见工程地质问题

渠道是一种宽度不大、延伸距离很长的线型建筑物。渠道往往通过各种不同岩土类型的地貌单元，因此常遇到各种各样的工程地质问题，例如，因渗漏而引起的其他工程地质问题，以及渠道的淤积和冲刷问题等。本文主要讨论渠道渗漏、边坡稳定和渡槽地基的工程地质问题，关于勘察要求可见《水利水电工程地质勘察规范[附条文说明]》GB 50487。

1.引水渠道渗漏

渠道的渗漏在所难免，但是如果渗漏量过大，渠道就不能达到引水或输水的目的，同时会造成渠道沿线地下水位抬高，导致附近土壤盐渍化、沼泽化，在黄土地区会引起湿陷变形，在山区引起边坡滑动等。

1.1 渠道渗漏工程地质条件

1.1.1 基岩地区

渠道渗透的主要条件取决于基岩的破碎程度和渗透通道特征。绝大多数岩石的透水性很弱，但在勘察要注意渠线是否穿越强透水层或强透水带（如断层破碎带、节理密集带、岩溶发育带、强烈风

化带等），这些地段可产生大量渗漏。

1.1.2 覆盖层地区

第四系的松散沉积层地区，渠道渗漏主要取决于松散土体透水性，而透水性强弱又与成因类型和岩性及物质组成有关。

山前地带/盆山结合部

在山前地带多为坡积物和残积物（Q4dl+el），坡积物一般上部颗粒粗，坡脚处颗粒细，通过粗颗粒时则易渗漏。残积物一般颗粒粗大，透水性好，应同时考虑垂向渗漏和侧向渗漏。

平缓冲洪积区

洪积物透水性变异很大，大型洪积扇上部，一般为粗大颗粒，透水性强，而中、前部颗粒逐渐变小，透水性也相应变弱。平原地区一般在顶部为细小的黏土颗粒，可以找到相对稳定的黏性土作为相对隔水层。但由细粒物质组成的黄土类土，具大孔隙和垂直节理，透水性较强，故黄土地区的渠道渗漏也较严重。

小结

修建于河谷中的渠道应尽量将渠道开挖于二元结构上层的黏性土中，而避开渗漏性很强的下层砂卵石层。

地下水位

渠道渗漏还受地下水位控制，当地下水位高于渠水水位时不会发生渗漏。地下水位越低，渗漏越严重。在松散堆积层上修筑渠道，主要应查明各类土的空间分布范围，并进行渗水试验，以确定渠道线路和渠道的工程设计。

这部分可以参照水库渗漏，只不过渠道规模相对小很多：水库库区渗漏的工程地质条件分析

1.2 渠道渗漏过程及渗漏阶段

渠道渗漏特点，可由其渗漏过程来表示。

渠道过水初期，由于要浸入干燥的岩土体，入渗强度较大，随着时间延续而逐渐减少，到一定时间后，便达到相对稳定状态。根据渠道的这种渗漏特点，对其渗漏过程作如下的分析。

假定透水层均匀，地下水埋藏较深，则渠道的渗漏过程大体是：渠道过水初期，渗透水流在重力和毛细力作用下，渗漏以垂直渗漏为主，并有部分侧渗。当下渗水流到达地下水面后，转向两侧渗流。若两侧渗出的水量大于渗流排走的水量时，渠底下的地下水位逐渐上升，形成地下水峰；地下水峰逐渐升高，直至与渠水连成统一水面。此时，该地下水面不再上升而趋于稳定。此后渠道以侧向渗透为主。

因此将渠道的渗透过程分为三个阶段：

1.2.1 垂向渗漏阶段

渠道进水初期，渗水借重力作用以垂直下渗为主，渗漏量最大（见下图）

1.2.2 回水渗漏阶段

当下渗水流到达地下水面后，如向两侧或一侧的渗流排走量小于该处渠水渗出量，则渠底下的地下水位上升，形成的地下水峰也逐渐上升，直至与渠水连成统一水面

1.2.3 侧向渗漏阶段

渠水以侧向渗漏为主，渗漏量接近稳定。

说明

侧壁渗漏一般都不是太明显，下图是一个侧壁渗漏的示意图，因为冬天渗流结冰了

如地下水埋藏浅、土层透水性弱或侧向排泄条件差，渗水可很快由垂向渗漏转为回水渗漏阶段。间歇性放水渠道，当地下水埋深不太浅时，也可能只限于垂向渗漏阶段。常年放水渠道，可以接近或达到侧向渗漏阶段。

1.3 渠道渗漏的防治措施

渠道渗漏防治主要有三种措施：

1.3.1 绕避

在渠道选线时尽可能避开强透水地段、断层破碎带和岩溶发育地段。

说明

一般不存在选线的说法了，渠道规模太小，除非遇到特别严重的工程地质问题，所以更多的还是防渗

1.3.2 防渗（常用）

采用不透水材料护面防渗，如黏土、三合土、浆砌石、混凝土、土工布等。

1.3.3 灌浆、硅化加固

因价格昂贵而较少采用。

2. 渠道边坡稳定问题

渠道边坡的塌滑，常使渠道遭受破坏，因此边坡稳定性问题，是渠道的一个重要工程地质问题。边坡稳定性分析和评价，可看“边坡专题”，此处不再重复。

说明

边坡地质问题，一般以风化作用导致的局部掉块，垮塌居多，导致渠底出现淤积；至于冲刷淘蚀，一般有防冲坎；地下水位的侵蚀也比较多，特别是平原地区，很多鱼塘就修在渠道旁边；极少部分的塌陷，多见于人工填方段

2.1 地形地貌

在不同的自然地员条件下，修建渠道，其边坡的稳定程度也是不相同的。几种比较典型的地质、地貌单元渠道边坡的稳定情况见下图

3. 渡槽工程地质问题

渠道在跨越深沟或穿过交通线时，常采用渡槽的形式。渡槽包括上部过水的槽箱（有时还起交通桥的作用）和支撑槽箱的槽墩。渡槽工程地质问题主要就是槽墩基础的稳定问题。

槽墩基础支撑了整个渡槽的重量，因此要求地基不应有过大的压密变形和滑动。岩质地基一般较好，但有溶洞、软弱夹层、剧烈破碎带和风化带时，也需要处理。对土质地基，应特别注意沉陷变形，尤其是不均匀沉陷变形，若遇流沙、软黏土、饱水淤泥、湿陷性黄土等，则需进行专门的处理。

说明

这里主要就考虑一个地基承载力问题，尽量放置于基岩弱风化以下深度，当然结合参数计算是最佳的

位于有常年水流或有较大洪流的河流、冲沟上的槽墩，应注意基础的砌置深度，以免在洪水冲刷作用下，槽墩失稳。此外，还应注意所跨河、沟的两岸边坡稳定问题，尤其是在岸坡上、布置有槽墩的情况下，更应注意在槽墩荷载作用下边坡的稳定问题。

4. 黄土/黏土湿陷变形

黄土分布区气候比较干旱，为满足城市及工农业用水，常修建一些引水工程，这些工程为当地工农业生产和人民生活用水的需要发挥了很大效益。但是，在湿陷性黄土分布地区的渠系工程，除了同样会产生渠道的渗漏和稳定问题外，还会产生湿陷变形这一特殊工程地质问题。

小结

这里在地质上就是需要重点圈定黄土/黏土段落；对于设计而言，建议参考文献对渠道结构作相关调整

5. 渠道选线原则

当各方案的引水高程、渠线的起点和终点确定之后，在地形图上即能绘出各方案的中心线位置。

5.1 地形地貌

首先考虑线路所经地区的地形、地貌条件，应尽量选择在坡度平缓、地形连续完整的地带通过。避开切割强烈的高山深谷地区，因为渠道通过这些地区时必须采用渡槽、倒虹管等跨沟工程，或出现深挖方、高填方、长隧洞和等复杂工程。

5.2 物理地质现象

也应避开坡面强烈冲刷、冲沟发育的地区，因为这里的坡面稳定性较差，冲沟的发展还会对渠道造成威胁。还要避开崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害发育的地区，实在避不开时，应通过技术经济比较，选用隧洞和暗渠等形式通过。渠线还应尽量避免通过地质结构不良地段，如大断层破碎带，边坡结构不稳定地段，强烈漏水的地段等。在岩溶发育地区还应注意绕避溶洞、漏斗、落水洞。黄土区应尽可能将渠道布置在塬面、宽闹的梁面和阶地面上，并尽可能使线路通过老黄土分布区，以减少湿陷、渗漏和提高工程稳定性。